铁路电力电缆常见故障与检测

济南铁路局济南供电段技术科 刘晓玲



铁路电力电缆常见故障与检测

济南铁路局济南供电段技术科 刘晓玲

随着城市建设的飞速发展和对农田耕地保护意识的增强，加之电缆技术的不断进步，电力电缆在铁路获得了越来越广泛的应用。由于电缆处在地下, 出现故障很难及时查找其故障点位置, 对电网的安全运行以及供电可靠性都带来很大的干扰。该文结合实际工作经验，阐述了铁路电力电缆故障发生的常见原因和故障检测的方法。

铁路 电力电缆 故障 检测

铁路电力供电系统为除牵引供电以外的所有铁路设施供电，铁路供配电系统是从地方供电部门接引电源，通过铁路变配电所向铁路站区、铁路单位和区间负荷供电。当铁路电力电缆出现故障时，可能引起供电设备损坏，影响铁路列车的正常运行。电力电缆故障给铁路运输业带来的经济损失不容忽视，一方面可能影响铁路列车运行，干扰运输秩序，带来很大的经济和社会影响；另一方面，故障后的维修要投入大量的人力、物力、财力。因此，为了保证铁路电力电缆线路安全运行，必须对电力电缆进行故障监测。

电力电缆故障点的及时、快速查找与测量是提高铁路供电可靠性的必需手段，本文根据本段铁路的供电管理经验，同时参考有关资料，初步总结了电力电缆的常见故障和检测办法。

1 电力电缆常见故障

电力电缆故障点的查找与测量是电力电缆可靠运行的有力保障，但是因为电力电缆线路的隐蔽性以及测试设备的局限性，使电力电缆故障的查找非常困难。了解电力电缆故障的原因，快速地判定出故障点十分重要。目前电力电缆发生故障的原因是多方面的，主要可分为以下几类：

1.1 机械损伤。机械损伤包括电力电缆敷设过程中因拉力过大或弯曲过度而导致绝缘和护层的损坏，以及施工和交通运输中直接受外力作用而造成的损伤等。

1.2 过负荷运行。当电力电缆长期过负荷运行时，会使电缆产生过热现象，使电缆温度升高，过高的温度会加速电缆绝缘老化，致使绝缘薄弱部位击穿。

1.3 电缆头故障。电力电缆中间连接头、终端头是故障较常发生的部位。如由于制作工艺不良，电力电缆头内部含有杂质、气隙等。在强电场作用下，产生放电现象。或电力电缆的金属屏蔽接地不良，造成接地电阻值超过规定值，产生较高的感应过电压，进而导致电力电缆的部分绝缘击穿。

1.4 绝缘受潮。绝缘受潮可能是由于电力电缆的接头密封失效、本身质量问题或电缆护套失效等问题，造成电力电缆故障，通常表现为绝缘电阻低，泄漏电流大。

2 电力电缆故障检测

电力电缆故障检测可分为电力电缆的离线检测和在线监测两大类，其具体检测方法归纳如下：

2.1 故障离线检测

对于离线电缆故障的探测一般包含诊断、测距、定点三个步骤。故障诊断主要是确定故障的类型与严重程度，以便于测试人员判断和选择适当的电缆故障测距与定点方法。故障测距是指在故障电缆芯线上施加测试信号或者在线测量，初步确定故障的距离，为精确定点提供足够信息。故障定点是在粗测距离的基础上，精确确定故障点所在实际位置，以便于立即进行抢修。电力电缆的故障测距方法很多，目前离线测距主要有以下几类：

2.1.1经典电桥法。用低压电桥测低阻击穿故障，用电容电桥测开路断线故障。具体做法为：电桥两臂分别接被测电力电缆故障相与非故障相，调节电桥两臂上的一个可调电阻器，使电桥平衡，利用比例关系和已知长度就可获得故障距离。电桥法测量结果精确，但需要完好芯线做回路，电源电压不能加得太高。

2.1.2驻波法。根据微法传输原理，利用传输线路的驻波谐振现象，对故障电缆进行测距，本法适用于测低阻击穿及开路故障。

2.1.3低压脉冲法。对低阻击穿、短路、开路故障，可在电缆芯线上施加低压脉冲讯号。讯号在电缆传播及反射，用示波器测出脉冲波形而算出故障点的位置。低压脉冲反射法可根据反射脉冲的极性分辨故障类型，但不能用于测量高阻与闪络故障。

2.1.4高压脉冲法。利用传输线的特性阻抗发生变化时的回波现象，在电缆芯线中加上一定电压而产生放电。放电脉冲在电缆中传播及反射，用示波器测出反射脉冲的位置比例，算出故障点的位置。本法适用于高阻击穿及各种故障，但操作人员的安全受威胁，波形较难辨别。

2.1.5故障点烧穿法。故障点烧穿法主要应用于高阻故障，通过输入直流负高压对高阻故障点进行处理，产生电弧放电并碳化绝缘介质，使高阻故障变成碳化连接点的低阻故障，再应用低压脉冲法就可以测出，主要用于油纸绝缘电缆。

2.1.6闪络法。利用故障点在高电压作用下瞬间放电产生多次反射波。其中之一为直流高压闪络测量法（直闪法），主要用于测量电缆的闪络性高阻故障，此法的波形简单、容易理解，准确度高；另一为冲击高压闪络测量法（冲闪法），主要用于测量电缆的泄漏性故障，此法的波形较复杂，辨别难度大，准确度低，但适用范围要更广。

2.1.7二次脉冲法。这是一种较新的测距方法，对故障电缆释放一个低压脉冲（20～160 V），当故障点的接地电阻大于电缆阻抗5倍，可认为此时故障电缆相对于低压脉冲开路，即在脉冲释放端接收到的反射波形相当于一个芯线绝缘良好电缆的波形；再对故障电缆释放一个足以使芯线绝缘故障点发生闪络的高压脉冲，同时触发释放第二低压脉冲产生电弧，故障点相对于低压脉冲是完全短路，那么在脉冲释放端接收的反射波形相当于一个线芯对地完全短路的波形；将前后两次接收到的低压脉冲反射波形进行叠加，两个波形将会有一个明显的发散点，这个发散点就是故障点的反射波形点。其特点是易操作、多功能，回波图形解释简易，但不能用于测量高阻与闪络故障。

2.2 故障在线监测

由于铁路电力电缆线路的高使用率，特别是高速铁路一级和综合电力贯通线，因此采用现代传感器、计算机技术进行故障在线监测，是实际工程追求的一项热门课题。就目前发展的在线监测分析，主要包含小波变换分析、神经网络和专家系统等，介绍如下。

2.2.1小波变换分析法

电力电缆故障测距关键是暂态故障特征的提取。小波变换在时域、频域同时具有良好的局部化特性，对信号的奇异点非常敏感，适用于时变的非平稳信号的检测与分析。小波变换通常采用单端检测和双端同步检测来分析故障暂态以进行故障定位，不受故障阻抗限制。具体方法是在脉冲电流测距法的基础上，引入小波分析，把录波数据进行尺度小波分解与重构，再对重构信号进行多尺度小波分解，利用小波变换的边缘信号检测分析，获得与信号突变点一一对应的小波变换模极大值，由此推出电缆故障的距离。

2.2.2人工神经网络法

人工神经网络是以计算机网络系统模拟生物神经网络的智能计算系统。网络上的每个结点相当于一个神经元，可以存储、处理一定的信息，并与其它结点并行工作。先向人工神经网络的某些结点输入信息，各结点处理后向其它结点输出，其它结点接受并处理后再输出，直到整个神经网工作完毕，输出最后结果。在系统故障期间，输电线路各种不同地点的一系列测量电压电流作为样本输入到专门训练的神经网络中。这个样本与训练样本库相比较易识别故障位置。人工神经网络输出可通过简单的三维图形显示，给操作员一个即时的故障位置指示。

2.2.3实时专家系统

专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序，它的智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。首先将电缆故障测距专家系统中的专家知识库作为电脑的基本数据库，并建立一套规则来维护和更新该数据库。知识库可以从以往的故障事件中提取，并可以在实际应用中修改，有助于集成诊断和确定故障类型。

3 提高故障探测水平的措施

3.1 改进电力电缆头的制作工艺

在设计方面，要先从源头上降低电力电缆故障发生的概率。电力电缆应严禁潮湿、机械外力、腐蚀、高温等外来伤害；安装时要绕开铁路路基，穿越铁轨或铁路房屋基础时一定要采用保护钢管或混凝土电缆槽等进行防护；尽量避开各种管线及建筑工程等需要挖掘的地方。此外，还应采用新材料、新方法、新措施改进电缆头的制作技术，加强密封、防潮，以提高电缆头的绝缘力度，充分保证电网的稳定运行。

3.2 规范电力电缆敷设的施工管理

铁路电力线路远离市区，电力贯通线沿铁路敷设，每个供电臂约40公里，电力架空线路在雷雨季节常受到雷电的打击，易导致避雷器和瓷瓶炸裂，若引下线掉落在避雷器的支架横担上，就会引起短路。因此，要提高线路本身的抗雷水平，在多雷雨地段的电力线路上设置悬式绝缘子及其数量；并在高处安装避雷器以保护线路。雨雪天气时常会发生跳闸现象，为避免此类事故发生，应将瓷瓶改为防污绝缘子，同时注意加强保养，强化工作人员的防污意识。

3.3 加强电缆线路的维护和测试工作

相关部门应安排专人对电缆线路径路、电缆人孔井等进行定期的检测，并进行负荷测定，每年至少测量一次接地电阻和绝缘电阻，对接地装置进行检查等。

3.4 做好技术文件的记录

建立电缆运用管理技术，详细标注所有电缆的直径、长度、使用年限、路径以及中间头的位置。一般情况下，电缆的中间头位置是故障易发点，因此掌握它的位置对故障处理速度的提升大有帮助。

3.5 加强人员技术培训，提高专业人员处理电缆故障的能力

铁路电力部门还要通过培训等方式来提高电缆故障处理人员的工作水平，要尽量使队伍保持稳定，尽量避免频繁的人员变动；要定期组织维修人员对新的电缆故障处理设备、仪器进行观摩、学习和动手操作，以保证队伍与时俱进。

4 结语

本文总结分析了铁路电力电缆的典型故障类型及形成原因，并根据实际操作分析和比较了故障离线检测和在线检测的措施和方法，提出了防止电缆故障的应对技术措施和方法，提高对铁路电力电缆常见故障和检测的认识，减少由于电缆故障对铁路运输生产的影响，为铁路安全运输提供强有力的保证。

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